[发明专利]一种调控黄瓜圆叶性状相关蛋白及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了一种调控黄瓜圆叶性状相关蛋白及其编码基因与应用，该蛋白的氨基酸序列如序列表SEQ ID NO：2所示，PID基因编码丝氨酸/苏氨酸的蛋白激酶，属于AGC激酶家族，该蛋白的编码基因如序列表SEQ ID NO：1所示的碱基序列，该碱基序列在1092bp位的鸟嘌呤(G)被腺嘌呤(A)取代，编码的氨基酸残基序列的346位的Val(缬氨酸)突变为Met(甲硫氨酸)，该蛋白抑制生长素极性运输，导致生长素运输极性缺陷，具体植株表型为叶边缘平滑，锯齿突出不明显，叶片呈近圆形；主根不发达，主侧根没有明显区别；雌雄花无花萼，雌花不育等。该基因及蛋白的发现，可以为黄瓜叶型改良、产量增加以及理想株型培育和生长素信号通路分子调控机制的研究提供基础。

技术领域

本发明涉及基因工程和黄瓜的蛋白和基因，属于分子遗传育种领域，具体涉及一种调控黄瓜圆叶性状相关蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

黄瓜(Cucumis sativus L.2n＝2x＝14)属葫芦科甜瓜属一年生蔓生草本植物，一般叶片呈掌状3-5裂，裂片三角形并具锯齿。随着基因组学的发展，突变体材料成为研究基因功能直接、有效的途径之一。在用EMS构建的黄瓜突变体库中，发现一个可稳定遗传的单基因控制黄瓜圆叶突变体。突变体表现出叶片边缘平滑呈近圆形，无花萼，雌花不育，子叶不对称发育以及根异常发育等表型。叶片是光合作用和呼吸作用的主要器官，也是植物形态建成的重要指标之一，对植物的生长和发育具有极大地影响。叶形极大地影响着株型、光合面积、产量和商品性状等，叶缘形状很大程度上维持着叶形的多样性，而花器官的发育不仅可以影响植株繁育并且与黄瓜产量的大小也密切相关。目前黄瓜叶形分子调控机制仍然未知，花器官研究主要集中在性别决定基因上，形成调控基因的研究较少，因此，该突变体是研究黄瓜叶形和花器官发育调控基因及其调控机制的理想材料。随着新一代测序技术的发展，利用改进的MutMap法对圆叶突变体和野生型F2代群体进行混池测序，在一号染色体上初定位到一个19.1Mb到22.0Mb的区间，通过EMS诱变原则(G→A和C→T)以及ΔSNP指数≥0.8，经鉴定获得了一个SNP，SNP-1G19389144，位于基因Csa1M537400的第二个外显子上，引起编码蛋白保守结构域的氨基酸序列发生改变，最终确定调控黄瓜圆叶突变体的基因Csa1M537400，命名为CsPID。

叶片(包括子叶)是茎端分生组织产生的第一类侧生器官，在植物发育中具有重要地位。大量证据表明叶片发育受到体内遗传机制和体外环境因子的双重调节。植物激素，尤其是生长素在协调体内外调节机制中起着不可或缺的作用。生长素的稳态调控、极性运输和信号转导影响叶片发育的全过程。植物生长素作为一种重要的植物激素，参与了许多生理生化过程的调节与控制。如根的伸长生长和向地性、不定根的形成、维管组织的分化、顶端优势、形成层的细胞分裂、细胞的伸长生长、植物向性等。生长素的极性运输与植物的许多生长发育过程密切相关，但对其调控机制的认识仍不全面。研究表明，生长素对植物生长发育的调节主要依赖于极性运输形成的生长素浓度梯度。PIN蛋白可逆的磷酸化活性对调节生长素极性运输起着关键作用，而这一过程需要丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶PINOID(PID)和PP2A磷酸化酶的共同参与。有证据表明PID是通过调节PIN蛋白的亚细胞定位来控制极性生长素的转运，CsPID表达异常可能改变了生长素稳态水平引起生长素极性运输严重缺陷从而导致黄瓜叶片形状的改变。